CN106958589B - 具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承 - Google Patents

具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，该磁轴承为分装式，由静止部分和可动部分组成，静止部分与设备的固定部分相连，可动部分与设备的转动部分相连。静止部分包括静止外轴承体、静止斥力永磁体、导磁体、阻尼导体；可动部分包括可动外轴承体、可动斥力永磁体、内轴承体、阻尼永磁体。静止部分与可动部分的永磁体由5块永磁体按Halbach充磁方式组成。静止斥力永磁体与可动斥力永磁体的极性相对，形成相斥状态。本发明节省了位移传感器、无需控制系统，缩小了体积、减轻了重量、可对转子震荡进行抑制、提高了系统的可靠性。

Description

具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承
技术领域
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，可作为电机、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。
背景技术
磁悬浮轴承分为主动式和被动式。主动式磁悬浮轴承能够给悬浮的转子提供可变刚度和阻尼，因此可以对转子振动进行主动抑制，如专利CN201010110709.9所述的一种永磁上吸下斥结构的低功耗混合磁轴承。但该种主动磁轴承需要安装高精度的位移传感器，并且需要高品质的控制器和功率放大器，提高了成本，增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠性。被动磁轴承不需要传感器和控制器，结构简单，成本较低，如专利CN201210093213.4所述的一种磁悬浮轴承及提高磁悬浮轴承磁能利用的方法，专利CN200620121669.7所述的一种磁悬浮轴承，和专利CN200820129979.2所述的一种磁悬浮轴承。但该种被动磁轴承在转子发生振动时缺乏有效的阻尼，影响了系统的稳定性。目前采用的方法是在被动磁轴承定子上增加主动控制线圈，该方法需要增加控制器和位移传感器。另一方面，被动磁轴承通常采用一块或多块极性相反的永磁体组成，如专利CN03266359.5所述的永磁全磁浮推力轴承和专利CN200510011689.9所述的具有阻尼作用的被动式轴向磁悬浮轴承。该种被动磁轴承在需要大承载力时会有体积大、轴向位移大的缺点。Halhach磁场是一种新型的磁场结构磁钢，如采用Halbach磁场进行磁化，会具有一些独特的优点，例如，无须对磁钢的外形进行特殊设计就可以获得良好正弦气隙磁密分布；Halbach磁场还具有一边磁场削弱、一边磁场加强的特点。所以，采用Halbach磁场结构的轴向磁轴承，在使用的永磁材料体积相同的情况下能获得最大的承载力和刚度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，这种轴承无摩擦，无功耗、体积小、重量轻、可对转子振动进行抑制、系统简单可靠。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，该磁轴承为分装式，由静止部分和可动部分组成，静止部分由静止外轴承体、静止斥力永磁体、导磁体和阻尼永磁体组成；可动部分由可动外轴承体、可动斥力永磁体、内轴承体和阻尼导体组成；在静止部分中，导磁体安装在静止外轴承体内部，静止斥力永磁体安装在静止外轴承体上，阻尼永磁体安装在导磁体上；在可动部分中，内轴承体安装在可动外轴承体内部，可动斥力永磁体安装在可动外轴承体上，阻尼导体安装在内轴承体上。
其中，可动部分与静止部分对齐放置，静止斥力永磁体与可动斥力永磁体的极性相对，形成相斥状态。
其中，静止斥力永磁体与可动斥力永磁体为5块圆环状磁钢按Halbach充磁方式组成，由铁氧体永磁材料或稀土永磁材料制成。
其中，内轴承体采用导磁性能良好的材料，如电工纯铁制成。
其中，静止外轴承体，可动外轴承体和导磁体采用强度较高的不导磁材料，如1Cr18Ni9Ti制成。
其中，阻尼导体采用导电性能良好的材料制成，具体为铜或铝。
其中，阻尼导体的厚度为1～2mm，采用普通纯铜经钝化处理制成。
本发明的原理是：本发明只承受沿可动部分向静止部分的轴向力，故在使用中应成对使用，如图2所示。具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，利用成对使用的Halbach永磁体形成斥力，提供轴向刚度，使旋转部分得到无接触支撑。当转子出现轴向振动时，阻尼永磁体将在阻尼导体上产生磁通变化，产生涡流，从而将振动能量转换成热能，阻止转子振动，使转子恢复到稳定状态。
本发明与现有技术相比的优点在于：与现有主动式轴向磁悬浮轴承相比，节省位移传感器和控制器，缩小了体积、减轻了重量、消除了损耗、提高了系统的可靠性；与现有被动式轴向磁悬浮轴承相比，本发明有两个优点：其一，本发明永磁体采用halbah充磁，提高了轴承的气隙磁密，增加了系统的控制刚度；其二，因加装了被动阻尼装置，可对转子振动进行有效抑制，提高了系统的稳定性，省去了主动阻尼线圈，简化了结构。
附图说明
图1为本发明的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承截面图。
图2为本发明的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明是一种具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其主要由静止外轴承体1、静止斥力永磁体2、导磁体3、阻尼永磁体4、可动外轴承体5、可动斥力永磁体6、内轴承体7和阻尼导体8组成。
该磁轴承为分装式，由静止部分和可动部分组成，静止部分与设备的固定部分相连，可动部分与设备的转动部分相连。在静止部分中，导磁体3安装在静止外轴承体1内部，静止斥力永磁体2安装在静止外轴承体1内部，阻尼永磁体4安装在导磁体3内部；在可动部分中，内轴承体7安装在可动外轴承体5内部，可动斥力永磁体6安装在可动外轴承体5内部，阻尼导体8安装在内轴承体7上。静止部分和可动部分的轴向间隙为0.2mm～1mm。
本发明的可动部分与静止部分对齐放置，静止斥力永磁体2与可动斥力永磁体6的极性相对，形成相斥状态。静止斥力永磁体2与可动斥力永磁体6为5块圆环状磁钢按Halbach充磁方式组成，第一、三、五块永磁体为轴向充磁，二、四块永磁体为径向充磁，在本实例中每块磁钢的径向厚度为2mm～3mm，轴向长度为10mm～15mm，由NdFeB粘结永磁材料制成。阻尼永磁体4的径向厚度为2mm～3mm，轴向长度为5mm～10mm，由NdFeB粘结永磁材料制成。
在本实例中，静止外轴承体1、导磁体3和可动外轴承体5采用1Cr18Ni9Ti制成。
在本实例中，内轴承体7采用电工纯铁制成。
在本实例中，导磁体3采用普通纯铜经过钝化处理制成，厚度为1mm～3mm。
本发明只承受沿可动部分向静止部分的轴向力，故在使用中应成对使用，如图2所示。
此外，需要指出本发明中所述的部件名称和形状可以不同，凡是依本发明构思所述的构造、特征和原理所做的修改、补充和改进，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其特征在于：该磁轴承为分装式，由静止部分和可动部分组成，静止部分由静止外轴承体(1)、静止斥力永磁体(2)、导磁体(3)和阻尼永磁体(4)组成；可动部分由可动外轴承体(5)、可动斥力永磁体(6)、内轴承体(7)和阻尼导体(8)组成；在静止部分中，导磁体(3)安装在静止外轴承体(1)内部，静止斥力永磁体(2)安装在静止外轴承体(1)上，阻尼永磁体(4)安装在导磁体(3)上；在可动部分中，内轴承体(7)安装在可动外轴承体(5)内部，可动斥力永磁体(6)安装在可动外轴承体(1)上，阻尼导体(8)安装在内轴承体(7)上。
2.根据权利要求1所述的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其特征在于：可动部分与静止部分对齐放置，静止斥力永磁体(2)与可动斥力永磁体(6)的极性相对，形成相斥状态。
3.根据权利要求1或2所述的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其特征在于：静止斥力永磁体(2)与可动斥力永磁体(6)为5块圆环状磁钢按Halbach充磁方式组成，由铁氧体永磁材料或稀土永磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其特征在于：内轴承体(7)采用导磁性能良好的材料，具体为电工纯铁制成。
5.根据权利要求1所述的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其特征在于：静止外轴承体(1)，可动外轴承体(5)和导磁体(3)采用1Cr18Ni9Ti制成。
6.根据权利要求1所述的具有阻尼作用的Halbach永磁被动式轴向磁悬浮轴承，其特征在于：阻尼导体(8)采用导电性能良好的材料制成，具体为铜或铝。
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